特許 6407763 軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407763

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/12 20060101AFI20181004BHJP

   F03B 3/04 20060101ALI20181004BHJP

   F03B 11/04 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F03B3/12

   F03B3/04

   F03B11/04

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-34231(P2015-34231)

(22)【出願日】2015年2月24日

(65)【公開番号】特開2016-156313(P2016-156313A)

(43)【公開日】2016年9月1日

【審査請求日】2017年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】柯 伯翰

(72)【発明者】

【氏名】濱口 晃二

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−００１９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭２８−００６３８１（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ ３／１２

Ｆ０３Ｂ ３／０４

Ｆ０３Ｂ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転主軸に連結されたランナボスとランナを囲むシュラウドとの間に設けられる軸流水力機械のランナベーンであって、
半径方向中央側に設けられ、中央側キャンバーラインによって画定された中央側ベーン部と、
前記ランナボスの側の側縁に設けられ、ボス側キャンバーラインによって画定されたボス側ベーン部と、
前記シュラウドの側の側縁に設けられ、シュラウド側キャンバーラインによって画定されたシュラウド側ベーン部と、を備え、
前記ボス側キャンバーラインのうち水車運転時の上流側部分の曲率は、前記中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きく、
前記ボス側ベーン部の上流端は、前記ランナの回転軸線に沿って下流側に向って見たときに、前記中央側ベーン部の上流端より、前記ランナの回転方向の側に位置し、
前記シュラウド側キャンバーラインの上流側部分の曲率は、前記中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きいことを特徴とする軸流水力機械のランナベーン。

【請求項2】

前記ランナの前記回転軸線は鉛直方向に延びており、
前記中央側ベーン部の羽根全長をＬｃ、前記中央側ベーン部の上流端における前記中央側キャンバーラインと水平面とがなす角度をβｃ１、下流端における角度をβｃ２としたとき、前記上流端から前記中央側キャンバーラインの角度が（βｃ１＋βｃ２）／２となる位置ｘｃが０．２５＜（ｘｃ／Ｌｃ）＜０．７５の範囲にあり、
前記ボス側ベーン部の羽根全長をＬｂ、前記ボス側ベーン部の上流端における前記ボス側キャンバーラインと水平面とがなす角度をβｂ１、下流端における角度をβｂ２としたとき、前記上流端から前記ボス側キャンバーラインの角度が（βｂ１＋βｂ２）／２となる位置ｘｂが０＜（ｘｂ／Ｌｂ）＜０．２の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の軸流水力機械のランナベーン。

【請求項3】

前記シュラウド側ベーン部の上流端は、前記ランナの回転軸線に沿って下流側に向って見たときに、前記中央側ベーン部の上流端より、前記ランナの回転方向とは反対側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流水力機械のランナベーン。

【請求項4】

前記ボス側キャンバーラインの上流側部分の曲率は、前記シュラウド側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きいことを特徴とする請求項３に記載の軸流水力機械のランナベーン。

【請求項5】

回転主軸に連結されたランナボスとランナを囲むシュラウドとの間に設けられる軸流水力機械のランナベーンであって、
半径方向中央側に設けられ、中央側キャンバーラインによって画定された中央側ベーン部と、
前記シュラウドの側の側縁に設けられ、シュラウド側キャンバーラインによって画定されたシュラウド側ベーン部と、を備え、
前記シュラウド側キャンバーラインのうち水車運転時の上流側部分の曲率は、前記中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きく、
前記シュラウド側ベーン部の上流端は、前記ランナの回転軸線に沿って下流側に向って見たときに、前記中央側ベーン部の上流端より、前記ランナの回転方向とは反対側に位置していることを特徴とする軸流水力機械のランナベーン。

【請求項6】

前記ランナボスと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記軸流水力機械のランナベーンと、を備えたことを特徴とする軸流水力機械のランナ。

【請求項7】

前記シュラウドと、
請求項６に記載の前記軸流水力機械のランナと、を備えたことを特徴とする軸流水力機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械に関する。

【背景技術】

【0002】

軸流水力機械の開発が長年にわたって行われ、軸流水力機械の性能が大いに改善してきている。一方で、所望の経済的な要求に適合するための運転、例えば設計点とは異なる流量での運転が行われる機械が増えてきており、軸流水力機械の効率改善に限らず、機械の長寿命化、低振動化、低騒音化が要求され、キャビテーション性能の改善要求が高まっている。キャビテーション性能の改善は、長年の開発が行われてきたにもかかわらず、依然として重要な開発テーマとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−２３４８４３号公報

【特許文献2】特開２００５−１７１８６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

キャビテーション性能の改善と軸流水力機械の効率の確保は、相反する関係になっている。すなわち、キャビテーション性能を改善するためには、ランナベーン、とりわけその負圧面が受ける流水の圧力は、所定の運転範囲内における全ての運転点において、飽和蒸気圧より大きくなっていることが好ましい。このようにして負圧面の圧力が上昇すると、キャビテーションの発生が抑制可能となる。しかしながら、負圧面の圧力上昇により、ランナベーンの圧力面と負圧面との間の圧力差が低減される。このため、ランナベーンに負荷される力が低減されてランナの回転トルクが小さくなり、結果として水力機械の効率が低下し得る。このように、キャビテーション性能の改善と水力機械の効率の確保を両立させることは困難である。

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、キャビテーション性能を改善させるとともに、水力機械の効率を確保することができる軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施の形態による軸流水力機械のランナベーンは、回転主軸に連結されたランナボスとランナを囲むシュラウドとの間に設けられる。この軸流水力機械のランナベーンは、半径方向中央側に設けられ、中央側キャンバーラインによって画定された中央側ベーン部と、ランナボスの側の側縁に設けられ、ボス側キャンバーラインによって画定されたボス側ベーン部と、を備えている。ボス側キャンバーラインのうち水車運転時の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きくなっている。ボス側ベーン部の上流端は、ランナの回転軸線に沿って下流側に向って見たときに、中央側ベーン部の上流端より、ランナの回転方向の側に位置している。

【0007】

実施の形態による軸流水力機械のランナベーンは、回転主軸に連結されたランナボスとランナを囲むシュラウドとの間に設けられる。この軸流水力機械のランナベーンは、半径方向中央側に設けられ、中央側キャンバーラインによって画定された中央側ベーン部と、シュラウドの側の側縁に設けられ、シュラウド側キャンバーラインによって画定されたシュラウド側ベーン部と、を備えている。シュラウド側キャンバーラインのうち水車運転時の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きくなっている。シュラウド側ベーン部の上流端は、ランナの回転軸線に沿って下流側に向って見たときに、中央側ベーン部の上流端より、ランナの回転方向とは反対側に位置している。

【0008】

実施の形態による軸流水力機械のランナは、ランナボスと、上述した軸流水力機械のランナベーンと、を備えている。

【0009】

実施の形態による軸流水力機械は、シュラウドと、上述した軸流水力機械のランナと、を備えている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、キャビテーション性能を改善させるとともに、水力機械の効率を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１の実施の形態におけるカプラン水車の構成を示す図である。

【図2】図２は、図１のカプラン水車のランナを上から見た図である。

【図3】図３は、図２の中央側ベーン部を示すＡ−Ａ断面図である。

【図4】図４は、図２のボス側ベーン部を示すＢ−Ｂ断面図である。

【図5】図５は、図３の中央側ベーン部に負荷される力の分布とキャンバー角度とを示す図である。

【図6】図６は、図４のボス側ベーン部に負荷される力の分布とキャンバー角度とを示す図である。

【図7】図７は、第２の実施の形態のランナベーンにおいて、図２のシュラウド側ベーン部を示すＣ−Ｃ線断面図である。

【図8】図８は、図７のシュラウド側ベーン部に負荷される力の分布とキャンバー角度とを示す図である。

【図9】図９は、図３の中央側ベーン部の負圧面の圧力の分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0013】

（第１の実施の形態）
図１乃至図６を用いて、本発明の第１の実施の形態における軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械について説明する。

【0014】

まず、軸流水力機械について説明する。ここでは、軸流水力機械の一例としてカプラン水車を例にとって説明する。

【0015】

図１に示すように、カプラン水車１は、図示しない上池から水が流入するケーシング２と、ケーシング２に対して回転可能に設けられ、ケーシング２からステーベーン３およびガイドベーン４を通って流入する水により回転駆動される軸流水力機械のランナ１０（以下、単にランナ１０と記す）と、を備えている。

【0016】

ステーベーン３は、ケーシング２からランナ１０への流路を形成するためのものであり、ケーシング２より内周側に配置されている。ガイドベーン４は、ランナ１０への流路を形成するとともに、ランナ１０に流入される水の流量を調整するためのものであり、ステーベーン３より内周側に配置されている。ガイドベーン４の開度を変えることにより、ケーシング２からランナ１０に流入する水量を調整し、後述する発電機８による発電量を変化させるように構成されている。

【0017】

ランナ１０は、ガイドベーン４より内周側に、かつ下側に配置されている。ケーシング２から流入する流水の主流方向（図１の太矢印参照）は、ステーベーン３およびガイドベーン４においては略半径方向を向いているが、ランナ１０においては回転軸線Ｘの方向（鉛直方向）を向くようになっている。また、ランナ１０は、その外周側に設けられた、カプラン水車１の一部を構成するシュラウド６（ディスチャージリング）によって囲まれている。シュラウド６は、ランナ１０内を流れる水の流路を画定している。

【0018】

ランナ１０には、回転主軸７を介して発電機８が連結されている。流入した水によりランナ１０が回転駆動されると、発電機８において発電が行われる。

【0019】

ランナ１０の下流側には、吸出し管９が設けられている。この吸出し管９は、図示しない下池に連結されており、ランナ１０を回転駆動させた水が下池に放出されるようになっている。

【0020】

次に、本実施の形態によるランナ１０について説明する。

【0021】

図１および図２に示すように、ランナ１０は、上述した回転主軸７に連結されたランナボス１１と、ランナボス１１とシュラウド６との間に設けられた軸流水力機械のランナベーン１２（以下、単にランナベーン１２と記す）と、を有している。このうち、ランナボス１１は、回転軸線Ｘを中心にして、回転主軸７と連動して回転するように構成されている。

【0022】

ランナベーン１２は、周方向に所定の間隔を開けて配置されて、ランナベーン１２の間に水が流れる流路が形成されており、水の流れから圧力を受けるように形成されている。また、ランナベーン１２は、ランナボス１１に対して、回転軸線Ｘに垂直な回動軸線Ｙを中心に回動可能に構成されている。各ランナベーン１２が回動することにより、ランナ１０に流入する水の流量に応じてランナベーン１２の角度が調整され、水力機械の効率の向上が図られている。

【0023】

このようにランナ１０が構成されていることにより、ランナベーン１２がランナ１０に流入した流水から圧力を受けると、ランナ１０が、回転軸線Ｘを中心にして回転駆動される。そして、ランナ１０の回転トルクが、回転主軸７を介して発電機８に伝達される。このため、ランナベーン１２は、カプラン水車１の効率に大きく関与する部材となっている。一方、ランナベーン１２は、キャビテーションが発生し得ることから、キャビテーション性能に大きく関与する部材でもある。

【0024】

次に、本実施の形態によるランナベーン１２について説明する。

【0025】

図２に示すように、ランナベーン１２は、半径方向中央側に設けられた中央側ベーン部１３と、ランナボス１１の側の側縁に設けられたボス側ベーン部１４と、シュラウド６の側の側縁に設けられたシュラウド側ベーン部１５と、を有している。このうち中央側ベーン部１３は、図３に示すように、中央側キャンバーライン１６によって画定されている。ボス側ベーン部１４は、図４に示すように、ボス側キャンバーライン１７によって画定され、シュラウド側ベーン部１５は、後述する図７に示すように、シュラウド側キャンバーライン１８によって画定されている。このようにして、中央側ベーン部１３は、図２に示すように、ボス側ベーン部１４とシュラウド側ベーン部１５との間に配置されている。また、ボス側ベーン部１４は、ランナボス１１と中央側ベーン部１３との間に配置されてランナボス１１に近接し、シュラウド側ベーン部１５は、シュラウド６と中央側ベーン部１３との間に配置されてシュラウド６に近接している。なお、ランナベーン１２は、中央側ベーン部１３、ボス側ベーン部１４およびシュラウド側ベーン部１５を滑らかに接続した流線型形状に形成されている。また、キャンバーラインとは、ランナベーン１２の圧力面と負圧面の両方に接する内接円の中心を結んでなる線を意味する。

【0026】

ランナベーン１２の各キャンバーライン１６〜１８と水平面とのなすキャンバー角度（代表的に図３に示すβ）は、羽根長さに沿って下流側に向って小さくなっている。このようにして、各キャンバーライン１６〜１８が湾曲して、ランナ１０に流入した流水から圧力を受けるようになっている。本実施の形態では、このキャンバー角度が、ランナベーン１２の半径方向で異なる位置において、互いに異なるように形成されている

【0027】

すなわち、図３乃至図６に示すように、ボス側キャンバーライン１７のうち水車運転時の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっている。言い換えると、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率半径は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率半径より小さくなっている。このことにより、ボス側ベーン部１４の上流端１４ａにおけるボス側キャンバーライン１７のキャンバー角度は、中央側ベーン部１３の上流端１３ａにおける中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度より大きくなり、水平面に対して比較的大きく傾斜するようになっている。このようにして、図６に示す上流端１４ａにおけるボス側キャンバーライン１７のキャンバー角度βｂ１は、図５に示す上流端１３ａにおける中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度βｃ１より大きくなっている。ここで、図５に示すキャンバー角度のスケールは、図６に示すキャンバー角度のスケールと同様のスケールになっている。

【0028】

上述したように、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率は、比較的小さくなっている。このような中央側キャンバーライン１６の曲率について、図５を用いて、より具体的に説明する。

【0029】

本実施の形態においては、図５に示すように、中央側ベーン部１３の羽根全長をＬｃ、中央側ベーン部１３の上流端１３ａにおける中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度をβｃ１、中央側ベーン部１３の下流端１３ｂにおけるキャンバー角度をβｃ２としたとき、この上流端１３ａから中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度が、（βｃ１＋βｃ２）／２となる位置ｘｃが、０．２５＜（ｘｃ／Ｌｃ）＜０．７５の範囲にある。このことにより、（βｃ１＋βｃ２）／２となる位置が中央側ベーン部１３の上流端１３ａから遠ざけられて、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の角度変化が小さくなり、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率が小さくなっている。

【0030】

一方、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率は、比較的大きくなっている。このようなボス側キャンバーライン１７の曲率について、図６を用いて、より具体的に説明する。

【0031】

本実施の形態においては、図６に示すように、ボス側ベーン部１４の羽根全長をＬｂ、ボス側ベーン部１４の上流端１４ａにおけるボス側キャンバーライン１７のキャンバー角度をβｂ１、ボス側ベーン部１４の下流端１４ｂにおけるキャンバー角度をβｂ２としたとき、この上流端１４ａからボス側キャンバーライン１７のキャンバー角度が、（βｂ１＋βｂ２）／２となる位置ｘｂが、０＜（ｘｂ／Ｌｂ）＜０．２の範囲にある。このことにより、（βｂ１＋βｂ２）／２となる位置がボス側ベーン部１４の上流端１４ａに近づけられて、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の角度変化が大きくなり、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率が大きくなっている。

【0032】

また、図２に示すように、ボス側ベーン部１４の上流端１４ａは、回転軸線Ｘに沿って下流側に向って（下方に向って）見たときに、中央側ベーン部１３の上流端１３ａより、ランナ１０の回転方向Ｐの側に位置している。この場合、ランナボス１１の回転中心（回転軸線Ｘ）とボス側ベーン部１４の上流端１４ａとを結ぶ線分と、当該回転中心と中央側ベーン部１３の上流端１３ａとを結ぶ線分とがなす角度をθとすると、θ≧０となっている。

【0033】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

【0034】

本実施の形態によるカプラン水車１において運転を行う場合、図示しない上池からケーシング２（図１参照）に水が流入する。ケーシング２に流入した水は、ケーシング２からステーベーン３およびガイドベーン４を通ってランナ１０に流入する。このランナ１０へ流入した水によって、ランナ１０が回転駆動される。このことにより、ランナ１０に連結された発電機８が駆動され、発電が行われる。ランナ１０に流入した水は、ランナ１０から吸出し管９を通って、図示しない下池へ放出される。

【0035】

ランナ１０に流入した水は、ランナベーン１２（図２参照）の各キャンバーラインに沿う方向に流れる。

【0036】

この際、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率が比較的小さくなっていることから、中央側ベーン部１３において局所的な加速流れが形成されることが抑制されている。このことにより、局所的な圧力低下が抑制され、キャビテーションの発生が抑制されている。

【0037】

一方、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率は比較的大きくなっている。しかしながら、ボス側ベーン部１４の上流端１４ａは、中央側ベーン部１３の上流端１３ａより上流側に位置していることから、ボス側ベーン部１４の上流側部分は、ランナ１０に流入した流水から比較的大きな圧力を受ける。このことにより、ボス側ベーン部１４において局所的な加速流れが形成されることが抑制されている。

【0038】

ところで、ランナ１０内を流水が流れている間、図５示すように、中央側ベーン部１３には、その羽根全長にわたってほぼ均等に流水から力が負荷されている。一方、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率が大きいことにより、図６に示すようにボス側ベーン部１４のうち中央部分から上流側部分にわたる領域に負荷される力が、増大される。

【0039】

このように本実施の形態によれば、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率が、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっている。このことにより、中央側ベーン部１３においては、局所的な圧力低下を抑制し、キャビテーションの発生を抑制することができる。ボス側ベーン部１４においては、ランナ１０に流入した流水からより一層大きな力が負荷され、ランナ１０の回転トルクを増大させることができる。また、ボス側ベーン部１４の上流端１４ａが中央側ベーン部１３の上流端１３ａよりランナ１０の回転方向Ｐの側に位置していることにより、ボス側ベーン部１４においても、局所的な圧力低下を抑制してキャビテーションの発生を抑制できる。このため、キャビテーション性能を改善させるとともに、カプラン水車１の効率を確保することができる。

【0040】

（第２の実施の形態）
次に、図７乃至図９を用いて、本発明の第２の実施の形態における軸流水力機械のランナベーン、軸流水力機械のランナおよび軸流水力機械について説明する。

【0041】

図７乃至図９に示す第２の実施の形態においては、シュラウド側キャンバーラインの上流側部分の曲率が、中央側キャンバーラインの上流側部分の曲率より大きい点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７乃至図９において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0042】

図７および図８に示すように、シュラウド側キャンバーライン１８のうち水車運転時の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率（図５参照）より大きくなっている。言い換えると、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率半径は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率半径より小さくなっている。このことにより、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａにおけるシュラウド側キャンバーライン１８のキャンバー角度は、中央側ベーン部１３の上流端１３ａにおける中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度より大きくなり、水平面に対して比較的大きく傾斜するようになっている。このようにして、図８に示す上流端１５ａにおけるシュラウド側キャンバーライン１８のキャンバー角度βｔ１は、図５に示す上流端１３ａにおける中央側キャンバーライン１６のキャンバー角度βｃ１より大きくなっている。ここで、図８に示すキャンバー角度のスケールは、図５に示すキャンバー角度のスケールと同様のスケールになっている。

【0043】

上述したように、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率は、比較的大きくなっている。このようなシュラウド側キャンバーライン１８の曲率について、図８を用いて、より具体的に説明する。

【0044】

本実施の形態においては、図８に示すように、シュラウド側ベーン部１５の羽根全長をＬｔ、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａにおけるシュラウド側キャンバーライン１８のキャンバー角度をβｔ１、シュラウド側ベーン部１５の下流端１５ｂにおけるキャンバー角度をβｔ２としたとき、この上流端１５ａからシュラウド側キャンバーライン１８のキャンバー角度が、（βｔ１＋βｔ２）／２となる位置ｘｔが、０＜（ｘｔ／Ｌｔ）＜０．２５の範囲にある。このことにより、（βｔ１＋βｔ２）／２となる位置がシュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａに近づけられて、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の角度変化が大きくなり、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率が大きくなっている。

【0045】

なお、図６および図８に示すように、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率は、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率より大きくなっていてもよい。

【0046】

また、図２に示すように、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａは、ランナ１０の回転軸線Ｘに沿って下流側に向って（下方に向って）見たときに、中央側ベーン部１３の上流端１３ａより、ランナ１０の回転方向Ｐとは反対側に位置している。例えば、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａは、中央側ベーン部１３の上流端１３ａより、シュラウド側ベーン部１５の羽根全長の２％〜６％だけ、回転方向Ｐとは反対側に位置していることが好ましい。

【0047】

ランナ１０に流入した水が、ランナベーン１２のキャンバーライン１６〜１８に沿って流れる際、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率が比較的小さくなっている。このことから、中央側ベーン部１３において局所的な加速流れが形成されることが抑制されている。このことにより、局所的な圧力低下が抑制されている。

【0048】

このことが図９に示されている。ここで、図９は、本実施の形態における中央側ベーン部１３の負圧面の圧力分布を示しており、このうち破線は一般的な中央側ベーン部の圧力分布を示し、実線は本実施の形態における中央側ベーン部１３の圧力分布を示している。図９によれば、中央側ベーン部１３の上流側部分において、負圧面の圧力低下が抑制されていることがわかる。このようにして、中央側ベーン部１３においてキャビテーションの発生が抑制されている。

【0049】

一方、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率は比較的大きくなっている。しかしながら、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａは、中央側ベーン部１３の上流端１３ａより下流側に位置していることから、ランナベーン１２が流水から受ける圧力が分散されて、シュラウド側ベーン部１５が流水から受ける圧力が低減される。このことにより、シュラウド側キャンバーライン１８に沿った方向での流水の速度変化を緩和し、局所的な加速流れが形成されることが抑制されている。

【0050】

ところで、上述したように、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率が大きくなっており、シュラウド側ベーン部１５が回転軸線Ｘを中心とした場合の半径方向外側（先端側）に形成されている。このことにより、ランナ１０内を流水が流れている間、図８に示すように、シュラウド側ベーン部１５のうち中央部分から上流側部分にわたる領域に負荷される力が、増大される。

【0051】

このように本実施の形態によれば、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率が、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっている。このことにより、中央側ベーン部１３においては、局所的な圧力低下を抑制し、キャビテーションの発生を抑制することができる。シュラウド側ベーン部１５においては、ランナ１０に流入した流水からより一層大きな力が負荷され、ランナ１０の回転トルクを増大させることができる。また、シュラウド側ベーン部１５の上流端１５ａが中央側ベーン部１３の上流端１３ａより回転方向Ｐとは反対側に位置していることにより、シュラウド側ベーン部１５においても、局所的な圧力低下を抑制してキャビテーションの発生を抑制できる。このため、キャビテーション性能を改善させるとともに、カプラン水車１の効率を確保することができる。

【0052】

なお、上述した本実施の形態においては、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっているとともに、シュラウド側キャンバーライン１８の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ボス側キャンバーライン１７の上流側部分の曲率は、中央側キャンバーライン１６の上流側部分の曲率より大きくなっていなくてもよい。この場合においても、中央側ベーン部１３においては、キャビテーションの発生を抑制することができ、シュラウド側ベーン部１５においては、ランナ１０に流入した流水からより一層大きな力が負荷されるとともに局所的な圧力低下を抑制してキャビテーションの発生を抑制できる。この結果、キャビテーション性能を改善させるとともに、カプラン水車１の効率を確保することができる。

【0053】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【0054】

なお、上述した各実施の形態では、軸流水力機械の一例としてカプラン水車を例にとって説明したが、このことに限られることはなく、カプラン水車以外の軸流水力機械にも、本発明を適用することができる。また、ポンプ運転（揚水運転）を行うことができる軸流水力機械にも当然に適用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１：カプラン水車、６：シュラウド、７：回転主軸、１０：ランナ、１１：ランナボス、１２：ランナベーン、１３：中央側ベーン部、１３ａ：上流端、１３ｂ：下流端、１４：ボス側ベーン部、１４ａ：上流端、１４ｂ：下流端、１５：シュラウド側ベーン部、１５ａ：上流端、１５ｂ：下流端、１６：中央側キャンバーライン、１７：ボス側キャンバーライン、１８：シュラウド側キャンバーライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】